Напівпровідникові тонкі плівки — Енциклопедія Сучасної України

Напівпровідникові тонкі плівки

НАПІВПРОВІДНИКО́ВІ ТОНКІ́ ПЛІ́ВКИ – плівки завтовшки від часток нанометра (моношар атомів) до декількох мікрометрів, що виконують функції напівпровідників. Тонкоплівк. технологія почала розвиватися наприкінці 1950-х – на поч. 1960-х рр., коли настала т. зв. ера інтеграл. напівпровідник. електроніки. Нині є однією з найважливіших складових напівпровідник. технології. Вона продовжує стрімко розвиватися та зумовлює прогрес сучас. електроніки, оптоелектроніки та всього приладобудування. Тонкоплівк. матеріали мають властивості, що істотно відрізняються від аналогічних у масив. зразках. Це обумовлено 2-ма осн. причинами. По-перше, при осадженні плівки можна змінювати умови конденсації таким чином, що структура плівки змінюватиметься від аморфної до полі- і навіть монокристалічної. По-друге, тонка плівка обмежена у розмірі в одному із напрямів, що призводить до появи розмір. ефектів, які не спостерігаються в масив. зразках. Ще одна особливість тонкої плівки – це обов'язк. наявність підкладки, на якій формується плівка. Розроблено десятки методів осадження Н. т. п., що використовують залежно від фіз. властивостей напівпровідника та необхід. характеристик плівки. Ці методи схематично можна поділити на 2 класи: фіз. осадження та хім. осадження. При фіз. осадженні склади парової фази та плівки, що формується з неї, є однаковими, а при хім. осадженні формування плівки відбувається за рахунок хім. реакцій, що проходять побл. поверхні, на поверхні або у приповерхн. шарах підкладки. Серед фіз. методів осадження плівок, що найчастіше використовують у напівпровідник. вироб-ві, – випаровування у вакуумі (термічне, електронно-променеве), молекулярно-променева епітаксія, лазерне розпорошення, іонно-плазмові методи. Найбільш поширені методи хім. осадження: рідиннофазна та газофазна епітаксія, газофазна епітаксія з металоорган. сполук, нанесення із розчину, зокрема й за допомогою центрифуги. Осн. напрями та сфери застосування Н. т. п.: мікроелектроніка, фотовольтаїка, зокрема й сонячні елементи, оптоелектроніка, зокрема й лазерні гетероструктури, сенсорика, носії інформації (оптичні, електричні). Однією з найбільш перспектив. галузей сучас. приладобудування, що була створ. на основі тонкоплівк. технології, є вироб-во різноманіт. дисплей. техніки. Дисплеї використовують у побуті та на вироб-ві, у транс­порті та шоу-бізнесі, вони оточують людей як на роботі, так і на відпочинку. Значне зростання застосування цих засобів відображення візуал. інформації відбулося завдяки удосконаленню методів нанесення та оброблення різноманіт. напівпровідник. плівок. Напр., рідкокристалічні дисплеї відомі уже майже півстоліття, але широкого поширення вони набули після розроблення та застосування в дисплеях тонкоплівк. транзисторів (TFT) на основі плівок аморф. кремнію. Це призвело до того, що світ. продаж TFT дисплей. техніки зріс від 1 млрд дол. США 1989 до понад 110 млрд дол. США у ниніш. час.

Подальше удосконалення дисплеїв пов'я­зано з використанням орган. чи оксид. напівпровідників як для формування керуючих схем на основі TFT, так і для створення світловипромінювал. елементів – орган. і неорган. світловипромінювал. діодів (LED та OLED дисплеї). Перевагою таких напівпровідників є низькотемпературні процеси нанесення та оброблення плівок, екологічність та дешевизна вироб-ва. Крім того, такі структури є прозорими і їх можна наносити на гнучкі пластик. підкладки. Перші прозорі дисплеї з'явилися 2012. На думку дослідників, ринок цих дисплеїв до 2022 виросте до 87 млрд дол. США. Тонкоплівк. сонячні елементи виготовляють шляхом осадження напівпровідник. плівок (нині у серій. вироб-ві використовують переважно a-Si – аморф. кремній, CdTe – телурид кадмію, CIGS – мідь-індій-галій-диселенід) на скляні, пластик. чи метал. підкладки. Осн. перевага тонкоплівк. соняч. елементів полягає в тому, що їхня вартість значно нижча вартості елементів на основі монокристаліч. кремнію, оскільки використовують порівняно недорогі матеріали, а технологія їх виготовлення дешева. Осн. їхніми недоліками є низька ефективність та поступова деградація властивостей. Однак характеристики тонкоплівк. соняч. елементів постійно удосконалюють і в лаборатор. умовах для CdTe та CIGS уже досягнута ефективність у 21 % та прогнозований час експлуатації – 21 р. До поч. 2020-х рр. світ. ринок тонкоплівк. фотовольтаїки досягне бл. 71 млрд дол. США. Напівпровідник. плівки також застосовують при вироб-ві напівпровідник. лазерів і лазер. діодів. Ці прилади широко використовують у телекомунікації, для оптич. запису та зчитування інформації, в медицині, літографії та лазер. принтерах, у пром-сті, на транспорті та ін. Світ. ринок напівпровідник. лазерів 2020 виросте до 7,7 млрд дол. США.

Літ.: Фреик Д. М., Галущак М. А., Ме­жыловская Л. И. Физика и техника по­­лупроводниковых пленок. Л., 1988; Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетеро­структуры / Пер. с англ. Москва, 1989; Kiyotaka Wasa. Thin Film Materials Tech­nology. 2004; Фреїк Д. М., Чобанюк В. М., Никируй Л. І. Напівпровідникові тонкі плівки – сучасний стан // Фізика і хімія твердого тіла. 2006. Т. 7, № 3; Проценко І. Ю., Шумакова Н. І. Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів: Навч. посіб. С., 2008; Заячук Д. М. Нанотехнології і наноструктури: Навч. посіб. Л., 2009; E. Fortunato, P. Barquinha, R. Martins. Oxide Semiconductor Thin-Film Transistors: A Review of Recent Advan­ces // Advanced Materials. 2012. Vol. 24; Liwen Sang, Meiyong Liao, Masatomo Su­miya. A Comprehensive Review of Semi­conductor Ultraviolet Photodetectors: From Thin Film to One-Dimensional Nanostruc­tures // Sensors. 2013. Vol. 13; F. Vidor, T. Meyers, U. Hilleringmann. Flexible Elec­tronics: Integration Processes for Organic and Inorganic Semiconductor-Based Thin-Film Transistors // Electronics. 2015. Vol. 4.

І. З. Індутний

Статтю оновлено: 2020

Покликання на статтю
І. З. Індутний . Напівпровідникові тонкі плівки // Енциклопедія Сучасної України: електронна версія [веб-сайт] / гол. редкол.: І.М. Дзюба, А.І. Жуковський, М.Г. Железняк та ін.; НАН України, НТШ. Київ: Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2020. URL: https://esu.com.ua/search_articles.php?id=71285 (дата звернення: 23.10.2021)